【文章內(nèi)容簡介】 P0 口經(jīng)地址鎖存器提供低 8 位地址（ A0～ A7）， P2 口直接提供高 8 位地址（ A8～ A15）。 （ 3） 控制總線（ CB）：由 P3 口的第二功能狀態(tài)和 4 根獨(dú)立控制線 RESET、 EA、PSEN、 ALE 組成。 11 第三章 DS18B20 溫度傳感器 DS18B20 的 主要特性 （ 1）適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍： ，在寄生電源方式下可以由數(shù)據(jù)線供電； （ 2）獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； （ 3） DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測量。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)； （ 5）溫度范圍 55℃～ +125℃，在 10～ +85℃時(shí)精度為177。 ℃； （ 6）可編程的分 辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃， ℃， ℃，℃，可以實(shí)現(xiàn)高精度測溫； （ 7）在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快； （ 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時(shí)可以傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力； （ 9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，但是不能正常工作。 DS18B20 的外形及引腳功能 DS18B20 引腳： DQ 為數(shù)字信號 輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 12 D S18B 201 2 3G N D I/O V C C 圖 31 DS18B20 的外形和管腳圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括寄生電源、溫度傳感器、 64 位激光 ROM 單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式 RAM），用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的 TH 和 TL 觸發(fā)器存儲與控制邏輯、 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）發(fā)生器等七部分。 DS18B20 采用３腳 PR－ 35 封裝 管腳排列如 圖 31 所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。 圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ 1） 64 位 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下 ： 表 31ROM結(jié)構(gòu) 8bit檢驗(yàn) CRC 48bit序列號 8bit工廠代碼（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 13 開始８位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個(gè)器件的惟一的序號，共有 48 位，最后８位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器ＴＨ和 ＴＬ，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。 （ 3） DS18B20 溫度傳感器的 內(nèi)部 存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易丟失性的可電擦除的 EEPRAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH， TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。 表 32 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是“ 1”， TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，擁護(hù)不要去改動(dòng)。 R1 和 R0 用來設(shè)置分辨率，如下表所示： 表 33DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換 時(shí)間表 R1 R0 分辨率（位） 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間（ ms） 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 （ 4）高速暫存存儲器 高速暫存存儲器由 9 個(gè)字節(jié)組成，其分配如表 36 所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0 和第 1 個(gè)字節(jié)。 單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表 37 所示。對應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S =1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再 計(jì)算十進(jìn)制值。表 38 是對應(yīng)的一部分溫度值。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。 表 34DS18B20 字節(jié)定義 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度值低位（ LS Byte） 0 溫度值高位（ MS Byte） 1 高溫限值（ TH） 2 低溫限值（ TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校驗(yàn)值 8 14 表 35DS18B20 溫度值格式表 低字節(jié) 23 22 21 20 21 22 23 24 高字節(jié) S S S S S 26 25 24 表 36DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 上表是 DS18B20 溫度采集轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 DS18B20 的兩個(gè) 8 位的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于或等于 0，這 5 位為0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫 度。 溫度轉(zhuǎn)換計(jì)算方法舉例： 例如當(dāng) DS18B20 采集到 +125℃ 的實(shí)際溫度后，輸出為 07D0H，則： 實(shí)際溫度 =07D0H =2021 =125℃ 例如當(dāng) DS18B20 采集到 55℃ 的實(shí)際溫度后，輸出為 FC90H，則應(yīng)先將 11 位數(shù)據(jù)位取反加 1 得 370H（符號位不變，也不作為計(jì)算），則： 實(shí)際溫度 =370H =880 =55℃ （ 2）主機(jī)操作 ROM 的命令有五種，如表所列 表 37ROM指令表 指 令 功能 讀 ROM（ 33H） 讀 DS1820 溫度傳感器 ROM 中的編碼（既 64 位地址） 匹配 ROM（ 55H） 發(fā)出指令后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該 DS18B20 讀寫做準(zhǔn)備。 跳過 ROM（ CCH） 忽略 64 位 ROM 地址，直接想 DS18B20 發(fā)溫度變換指令。適用于單片工作。 15 搜 ROM（ 0F0H） 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)和識別 64 位 ROM 地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備。 報(bào)警搜索（ 0ECH） 執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上線或下線的片子才做出響應(yīng) 主機(jī)操作 RAM 的命 令如表 表 38RAM指令表 指令 約定代碼 功能 溫度變換 44H 啟動(dòng) DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換， 12 位轉(zhuǎn)換時(shí)最長為 750ms（ 9 位為）接過存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的 4 字節(jié)寫上、下線溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器 48H 將 RAM 中第 4 字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中 重調(diào)暫存器 0B8H 將 EEPROM 中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中的第 4 字節(jié) 讀供電方式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時(shí) DS18B20 發(fā)送“ 0”外接電源供電時(shí) DS18B20 發(fā)送“ 1” DS18B20 的工作原理 DS18B20 的測溫原理如圖 33 所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量 .計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前 ，首先將55 ℃ 所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55 ℃ 所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入 ,減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù) ,如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖 2 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要 計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值 。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20 （發(fā)復(fù)位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 16 圖 33DS18B20 的測溫原理 17 第四章 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)及其分析 硬件電路由總控制器電路、 DS18B20 測溫電路、 LED動(dòng)態(tài)顯示電路組 成。 (1)總控制器 總控制器有電源電路、 時(shí)鐘電路、 復(fù)位電路 三部分構(gòu)成 。 時(shí)鐘電路對單片機(jī)系統(tǒng)而言是必需的。由于單片機(jī)內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件 (如觸發(fā)器寄存器存儲器等 )構(gòu)成，這些數(shù)字器件的工作必須按時(shí)間順序完成，這種時(shí)間順序就稱為時(shí)序。時(shí)鐘電路就是提供單片機(jī)內(nèi)部各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)的電路，沒有時(shí)鐘電路單片機(jī)就無法工作。此次設(shè)計(jì)中，我們采用由由內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘的方法形成時(shí)鐘電路。 內(nèi)部方式：在 XTAL1 和 XTAL2 端外接石英晶體作定時(shí)元件，內(nèi)部反相放大器自激振蕩，產(chǎn)生時(shí)鐘。時(shí)鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，即若 石英頻率 fosc＝ 6MHz，則時(shí)鐘頻率＝ 3MHZ，因此，時(shí)鐘是一 個(gè)雙相信號，由 P1 相和 P2 相構(gòu)成。 fosc可在 2MHZ— 12MHZ選擇。小電容可以取 30PF左右。 XTAL1 和 XTAL2 為片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場時(shí)，它將會產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種械振動(dòng)又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無論是機(jī)械振動(dòng)的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場的頻率為某一特定值時(shí)，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特 定頻率就是石英晶體的固有頻率（諧振頻率）。即用來連接單片機(jī)內(nèi) OSC的定時(shí)反饋回路。石英晶振起振后要能在 XTAL2 線上輸出一個(gè) 3V左右的正弦波，以便使單片機(jī)片內(nèi)的 OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常 OSC輸出時(shí)鐘頻率 f為 ~16MHz，典型值為12MHz或者 。電容 C3 和 C4 可以幫助起振，典型值為 30pF，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào) f的目的。時(shí)鐘電路和單片機(jī)的連接如圖 41 所示。 圖 41 時(shí)鐘電路與單片機(jī)的連接圖 18 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便中央處理 CPU 以及 其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的復(fù)位后是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的， 在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 RST 引腳上出現(xiàn) 24